ЕКСПРЕСІЯ ГЕНІВ ДЕФЕНЗИНІВ ТА ЛІПІДТРАНСФЕРНОГО ПРОТЕЇНУ В ПРОРОСТКАХ СОСНИ ЗВИЧАЙНОЇ, ІНОКУЛЬОВАНИХ НЕКРОТРОФНИМ І ХЕМІБІОТРОФНИМИ ПАТОГЕНАМИ

  • N. I. Hrunyk Національний лісотехнічний університет України, м. Львів
  • V. A. Kovaleva Національний лісотехнічний університет України, м. Львів
  • R. T. Gout Національний лісотехнічний університет України, м. Львів
Ключові слова: Pinus sylvestris L., пов'язані з патогенезом протеїни, фітопатогенні гриби, інокуляція, транскриптомна відповідь

Анотація

Гриби та ооміцети родів Fusarium, Alternaria, Botrytis, Phytophthora викликають масове відмирання сіянців сосни в теплицях і розсадниках. Одною із основних стратегій захисту ювенільних рослин від патогенів є синтез антимікробних сполук, зокрема, пов'язаних із патогенезом протеїнів. У цій роботі наведено дані щодо рівнів експресії чотирьох генів дефензинів та ліпідтрансферного протеїну в проростках сосни звичайної (Pinus sylvestris L.) протягом перших двох діб після їх інокуляції Alternariaalternata, Fusariumsolani та Phytophthoracinnamоmi. Відносну кількість транскриптів цільових генів визначали методом напівкількісної ПЛР зі зворотною транскрипцією. Виявлено, що досліджувані патогени змінюють рівні експресії усіх п'яти генів, а профіль експресії кожного гена залежать від природи збудника. Так, встановлено істотне збільшення транскриптів гена PsDef1 у сіянцях сосни на 48 годину після інокуляції, тоді як продуктів PsDef4 – тільки протягом перших 24 годин після контакту з патогенами. З'ясовано, що рівень експресії гена PsDef3 підвищувався тільки в проростках, які інокулювали F. solani, тоді як експресія гена PsLTP1 диференційовано регулювалась всіма трьома патогенами. Загалом, результати дослідження вказують, що дефензини та ліпідтрансферний протеїн залучені у первинні реакції відповіді сосни на інфікування збудниками інфекційного вилягання сіянців.

Посилання

Adomas, A., Heller, G., Li, G., Olson, Å, Chu, T., Osborne, J., … Asiegbu, F. O. (2007). Transcript profiling of a conifer pathosystem: response of Pinus sylvestris root tissues to pathogen (Heterobasidion annosum) invasion. Tree Physiology, 27(10), 1441–1458. https://doi.org/10.1093/treephys/27.10.1441

Blein, J. P., Coutos-Thévenot, P., Marion, D., & Ponchet, M. (2002). From elicitins to lipid-transfer proteins: a new insight in cell signalling involved in plant defence mechanisms. Trends in Plant Science, 7(7), 293–296. https://doi.org/10.1016/s1360-1385(02)02284-7

Bloch, C., & Richardson, M. (1991). A new family of small (5 kDa) protein inhibitors of insect α-amylases from seeds or sorghum (Sorghum bicolor (L) Moench) have sequence homologies with wheat γ-purothionins. FEBS Letters, 279(1), 101–104. https://doi.org/10.1016/0014-5793(91)80261-z

Boava, L. P., Kuhn, O. J., Pascholati, S. F., Di Piero, R. M., & Furtado, E. L. (2009). Effect of acibenzolar-S-methyl and Saccharomyces cerevisiae on the activation of Eucalyptus defences against rust. Australasian Plant Pathology, 38(6), 594–602. https://doi.org/10.1071/ap09045

Broekaert, W. F., Terras, F., Cammue, B., & Osborn, R. W. (1995). Plant defensins: novel antimicrobial peptides as components of the host defense system. Plant Physiology, 108(4), 1353–1358. https://doi.org/10.1104/pp.108.4.1353

Carvalho, A. O., & Gomes, V. M. (2007). Role of plant lipid transfer proteins in plant cell physiology – a concise review. Peptides, 28(5), 1144–1153. https://doi.org/10.1016/j.peptides.2007.03.004

Chang, S., Puryear, J., & Cairney, J. (1993). A simple and efficient method for isolating RNA from pine trees. Plant Molecular Biology Reporter, 11(2), 113-116. https://doi.org/10.1007/bf02670468

Douliez, J. P., Michon, T., Elmorjani, K., & Marion, D. (2000). Mini Review: structure, biological and technological functions of lipid transfer proteins and indolines, the major lipid binding proteins from cereal kernels. Journal of Cereal Science, 32(1), 1-20. https://doi.org/10.1006/jcrs.2000.0315

Edstam, M. M., Blomqvist, K., Eklöf, A., Wennergren, U., & Edqvist, J. (2013). Coexpression patterns indicate that GPI-anchored non-specific lipid transfer proteins are involved in accumulation of cuticular wax, suberin and sporopollenin. Plant Mol Biol, 83(6), 625-649. https://doi.org/10.1007/s11103-013-0113-5

Eklund, D. M., & Edqvist, J. (2003). Localization of nonspecific lipid transfer proteins correlate with programmed cell death responses during endosperm degradation in Euphorbia lagascae seedlings. Plant Physiology, 132(3), 1249-1259. https://doi.org/10.1104/pp.103.020875

Ermakova, E. A., Faizullin, D. A., Idiyatullin, B. Z., Khairutdinov, B. I., Mukhamedova, L. N., Tarasova, N. B., … Nesmelova, I. V. (2016). Structure of Scots pine defensin 1 by spectroscopic methods and computational modeling. International Journal of Biological Macromolecules, 84, 142-152. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2015.12.011

García-Olmedo, F., Molina, A., Segura, A., & Moreno, M. (1995). The defensive role of nonspecific lipid-transfer proteins in plants. Trends Microbiol., 3(2), 72–74. https://doi.org/10.1016/S0966-842X(00)88879-4

Hensiruk, S. A. (2002). Lisy Ukrainy [Forests of Ukraine]. Lviv: Shevchenko Scientific Society, Ukrainian State university of Forestry and Wood Technology. [in Ukrainian].

Hernández, I., Portieles, R., Chacón, O., & Borrás-Hidalgo, O. (2005). Proteins and peptides for the control of phytopathogenic fungi. Biotecnología Aplicada, 22, 256-260.

Horbach, R., Navarro-Quesada, A. R., Knogge, W., & Deising, H. B. (2011). When and how to kill a plant cell: infection strategies of plant pathogenic fungi. J Plant Physiol, 168(1), 51–62. https://doi.org/10.1016/j.jplph.2010.06.014

Hrunyk, N. I., Kovaleva, V. A., & Gout, R. T. (2013). Osoblyvosti ekspresiyi hena lipidtransfernoho proteyinu sosny zvychaynoyi pry infikuvanni siyantsiv korenevoyu hubkoyu [Features of gene expression of a lipid-transfer protein in pine seedlings during infection by annosum root rot]. The Bulletin of Kharkiv National Agrarian University. Series Biology, 3(30), 56–60. [in Ukrainian].

Hrunyk, N. I., Yusypovych, Y. M., Kovaleva, V. A., & Gout, R. T. (2015). Heterobasidion annosum root rot infection development in Scots pine and evaluation of the expression levels of lipid transfer protein and defensins in infected tissues. Scientific Bulletin of UNFU, 25(8), 25–32.

Kader, J.-C. (1996). Lipid transfer proteins in plants. Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol., 47, 627–654. https://doi.org/10.1146/annurev.arplant.47.1.627

Koeck, M., Hardham, A. R., & Dodds, P. N. (2011). The role of effectors of biotrophic and hemibiotrophic fungi in infection. Cell Microbiol, 13(12), 1849–1857. https://doi.org/10.1111/j.1462-5822.2011.01665.x

Kovaleva, V., Kiyamova, R., Cramer, R., Krynytskyy, H., Gout, I., Filonenko, V., & Gout, R. (2009). Purification and molecular cloning of antimicrobial peptides from Scots pine seedlings. Peptides, 30(12), 2136–2143. https://doi.org/10.1016/j.peptides.2009.08.007

Kovaleva, V., Krynytskyy, H., Gout, I., & Gout, R. (2010). Recombinant expression, affinity purification and functional characterization of Scots pine defensin 1. Applied Microbiology and Biotechnology, 89(4), 1093–1101. https://doi.org/10.1007/s00253-010-2935-2

Lacerda, A. F., Vasconcelos, Ã A., Pelegrini, P. B., & Grossi de Sa, M. F. (2014). Antifungal defensins and their role in plant defense. Frontiers in Microbiology, 5. https://doi.org/10.3389/fmicb.2014.00116

Lay, F., & Anderson, M. (2005). Defensins – components of the innate immune system in plants. Current Protein & Peptide Science, 6(1), 85–101. https://doi.org/10.2174/1389203053027575

Maldonado, A. M., Doerner, P., Dixon, R. A., Lamb, C. J., & Cameron, R. K. (2002). A putative lipid transfer protein involved in systemic resistance signaling in Arabidopsis. Nature, 419(6905), 399–403. https://doi.org/10.1038/nature00962

Mendgen, K., & Hahn, M. (2002). Plant infection and the establishment of fungal biotrophy. Trends Plant Sci, 7(8), 352–356. https://doi.org/10.1016/s1360-1385(02)02297-5

Mendez, E., Moreno, A., Colilla, F., Pelaez, F., Limas, G. G., Mendez, R., … Haro, C. (1990). Primary structure and inhibition of protein synthesis in eukaryotic cell-free system of a novel thionin, gamma-hordothionin, from barley endosperm. European Journal of Biochemistry, 194(2), 533–539. https://doi.org/10.1111/j.1432-1033.1990.tb15649.x

Mendez, E., Rocher, A., Calero, M., Girbes, T., Citores, L., & Soriano, F. (1996). Primary structure of omega-hordothionin, a member of a novel family of thionins from barley endosperm, and its inhibition of protein synthesis in eukaryotic and prokaryotic cell-free systems. European Journal of Biochemistry, 239(1), 67–73. https://doi.org/10.1111/j.1432-1033.1996.0067u.x

Sels, J., Mathys, J., De Coninck, B. M. A., Cammue, B. P. A., & De Bolle, M. F. C. (2008). Plant pathogenesis-related (PR) proteins: A focus on PR peptides. Plant Physiology and Biochemistry, 46(11), 941–950. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2008.06.011

Shalovylo, Y. I., Yusypovych, Y. M., Kovaleva, V. A., Gout, R. T. (2015). Vplyv fitohormoniv na ekspresiyu heniv defenzyniv sosny zvychaynoyi [The effect of phytohormones on expression of defensin gene in Scots pine]. Studia Biologica, 9(1), 15–24. [in Ukrainian].

Schenk, P. M., Kazan, K, Manners, J. M., Anderson, J. P., … Maclean, D. J. (2003). Systemic gene expression in Arabidopsis during an incompatible interaction with Alternaria brassicicola. Plant Physiology, 132(2), 999–1010. https://doi.org/10.1104/pp.103.021683

Veluthakkal, R., & Dasgupta, M. G. (2010). Pathogenesis-related genes and proteins in forest tree species. Tree, 24(6), 993–1006. https://doi.org/10.1007/s00468-010-0489-7

Опубліковано
2017-11-30
Як цитувати
Hrunyk, N. I., Kovaleva, V. A., & Gout, R. T. (2017). ЕКСПРЕСІЯ ГЕНІВ ДЕФЕНЗИНІВ ТА ЛІПІДТРАНСФЕРНОГО ПРОТЕЇНУ В ПРОРОСТКАХ СОСНИ ЗВИЧАЙНОЇ, ІНОКУЛЬОВАНИХ НЕКРОТРОФНИМ І ХЕМІБІОТРОФНИМИ ПАТОГЕНАМИ. Науковий вісник НЛТУ України, 27(8), 105-110. https://doi.org/10.15421/40270817